[發明專利]一種磁分離式可回收光催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 201610207631.X
• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN107282046A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 唐曉峰;夏鵬;逯琪;董建廷;張文彬;雷芝紅
• 申請（專利權）人: 上海朗億新材料科技有限公司
• 主分類號: B01J23/745
• 分類號: B01J23/745;B01J23/755;B01J23/80;B01J37/02;B01J37/34
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技術領域：

本發明涉及一種光催化劑的制備方法，尤其是一種磁分離式可回收光催化劑的制備方法。

背景技術：

1972年，日本化學家Honda等人在實驗室條件下用二氧化鈦作為光催化劑分解水，在當年引起了巨大的轟動，科學界開始了對二氧化鈦光催化劑的研究。到目前為止，光催化劑在生活和工業上主要應用于利用太陽能來進行污染物的處理以及對污染空氣的凈化等方面。而在污染處理和空氣凈化上面的應用，基本上以納米二氧化鈦為主。研究發現，二氧化鈦光催化劑多次使用后，光催化性能下降并不明顯，有一定的回收價值。二氧化鈦的納米級外觀尺寸，保證了有效的光催化效率，但納米尺寸的二氧化鈦顆粒，分散在水溶液中會形成懸浮液，同時帶來無法回收或回收困難的問題。

為了回收二氧化鈦光催化劑，目前的常規做法是使用負載型光催化劑，即將二氧化鈦負載在微米級載體上，或者負載在平面載體(如玻璃片)上形成薄膜。負載在微米級載體上，雖然可以過濾回收，但回收效率也不高；而負載在平面上形成二氧化鈦薄膜，雖然解決了回收問題，但光催化效率卻大打折扣。

近年來，利用材料的磁性實現光催化材料的磁分離可回收性能方面已有了一些工作基礎。這些材料可以通過化學和物理兩類方法進行合成。化學方法上，專利CN201210365770報道了一種使用化學沉淀法制備ZnFe₂O₄/ZnO-rGO光催化劑，具有可磁分離性能且對可見光響應。CN201310120096報道了一種使用溶膠凝膠法制備負載二氧化鈦的磁性二氧化硅粉體，具有可見光響應和易回收等特點。CN201410057690的專利報道了一種使用離子交換的方法制備環糊精衍生物-TiO₂-Fe₃O₄復合光催化劑，具有分散性好、可回收等特征。但這些制備方式都是基于化學方法將磁性材料與光催化劑復合，不可避免的會有環境污染嚴重，其他溶質溶劑難以清除、工藝復雜、成本高等缺點，工業大批量生產比較困難。物理方法上，專利CN101463470提出了一種通過磁控濺射將二氧化鈦光催化劑負載于鐵磁性 金屬薄膜的方法，該方法通過振動的方式實現粉體的翻轉，保證粉體的均勻鍍膜，但是磁控濺射操作復雜且能耗較大。使用真空蒸鍍的方法可以簡化操作降低能耗，但是真空蒸鍍的金屬蒸汽向上方飄，而粉體材料很難實現在金屬蒸汽上方進行翻轉，因此使用真空蒸鍍很難實現粉體的均勻鍍膜。

基于以上問題，本發明尋找一種制備簡單、綠色環保、無廢氣產生且保證光催化效率，提高光催化劑回收效率的方法。

發明內容：

本發明主要涉及一種通過真空蒸鍍制備磁分離式可回收光催化劑方法，將光催化劑以1～100nm的小顆粒形式沉積于粒徑在1μm～1cm的磁性顆粒載體表面。由于載體具有磁性，分散在溶液中的負載型光催化劑可以被回收。其特征在于，包含以下步驟：

(1)打開真空蒸發鍍膜設備的真空腔體，在蒸發源上方30-40cm處固定一個電磁鐵，將經過表面處理并烘干的1μm～1cm磁性載體吸附在電磁鐵的下表面，電磁鐵上表面通過水管接入冷卻水，保證磁鐵的低溫，通入交流電，電磁鐵帶動載體轉動，實現載體的翻轉；

(2)將經過表面處理并烘干的金屬或金屬氧化物放置在腔體內的蒸發源內，關閉真空腔體，調節真空度，對蒸發源加熱，金屬或金屬氧化物經過液化、氣化，最終以1～100nm的顆粒形式在上述磁性載體上冷卻沉積；

(3)經過自然冷卻后，打開真空腔體，取出電磁鐵表面的粉體，進行后處理，形成磁分離式可回收光催化劑。

其中，步驟(1)所述金屬包括鈦、銅、鋅、錫、鎳等，所述金屬氧化物包括二氧化鈦、氧化亞銅、氧化鋅、二氧化鋯、二氧化錫、氧化鎳等。

步驟(1)所述蒸發源包括坩堝、鉬舟等。

步驟(1)所述載體包括鐵粉、鈷粉、鎳粉或上述金屬合金材料，鐵氧體(如Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃等)粉末或其他一切可以以1μm～1cm粒徑顆粒形式存在的磁性粉體材料。所述金屬或金屬氧化物為片狀或顆粒狀。

步驟(1)和(2)所述的表面處理方式包括有機溶劑清洗、水基清洗劑清洗、化學清洗、電化學清洗、蒸汽清洗、高壓噴射清洗、超聲波清洗等， 去除基料表面的油污及其他雜質物質，確保載體表面無異物，滿足后期鍍層化要求，烘干后備用。